Задача 2 Расчет защитного зануления

Защитное зануление – это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей оборудования электроустановок с глухозаземленной нейтралью генератора (трансформатора) в сетях трехфазного тока, или с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, или с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник.

Надежное отключение поврежденного участка считается обеспеченным, если ток однофазного короткого замыкания (КЗ) I_К отвечает условию:

(8)

I_K ≥ K·I_ном,

где I_ном — номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток уставки расцепителя автоматического выключателя;

К — коэффициент, зависящий от устройства защиты (предохранители, автоматический выключатель) и определяемый по требуемой кратности превышения номинального тока в цепи.

Условие надежной защиты занулением – превышение тока короткого замыкания на корпус оборудования над током срабатывания защитных устройств.

Исходные данные. Проверить, обеспечена ли отключающая способность зануления в сети (рисунок 2, исходные данные к решению задачи принять по таблице 4) при нулевом защитном проводнике – стальной полосе сечением 40х4 мм. Линия 380/220 В с медными проводами 3х25 мм² питается от трансформатора 400 кВА, 6/0.4 кВ со схемой соединения обмоток «треугольник – звезда с нулевым проводом» ( ). Двигатели защищены предохранителями I_1ном = 125А (двигатель 1) и I_2ном =80А (двигатель 2). Коэффициент кратности тока К=3 (защита двигателей предохранителями).

Рисунок 2 – Схема сети к расчёту защитного зануления

Решение

(9)

Решение сводится к проверке условия:

I_к I_д ,

где I_к – ток однофазного короткого замыкания, проходящий по петле «фаза-нуль»;

I_д = К I_ном – наименьший допустимый ток по условию срабатывания защиты (предохранителя);

I_ном – номинальный ток плавкой вставки предохранителя.

Выполнение этого условия обеспечит надежное срабатывание защиты при коротком замыкании (КЗ) фазы на зануленный корпус электродвигателя, т.е. соединенный нулевым защитным проводником с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора.

Таблица 4 -Исходные данные к решению задачи №2

№ варианта	Размеры сечения стальной полосы (нулевого провода) мм	Напряжение линии, В	Длина участков линии	Площадь сечения медных фазных проводов, мм2	Трансформатор	Номинальные токи предохранителей	Коэффициент кратности тока, К
l1, м	l2, м	Мощность, кВА	Напряжение, кВ	Схема соединения обмоток	Двиг. 1, А	Двиг. 2, А

	50х4	380/220			3x50		6/0,4	Yн			1,25
	50х5	380/220			3x50		6/0,4	Yн			1,25
	60х5	380/220			3x100		6/0,4	Yн			1,25
	20x4	380/220			3x2,5		6/0,4	Yн
	20x4	380/220			3x2,5		6/0,4	Yн
	30x4	380/220			3x5		6/0,4	Yн
	30x4	380/220			3x6		6/0,4	Yн
	30x5	380/220			3x10		6/0,4	Yн
	40x4	380/220			3x25		6/0,4	Yн
	40x4	230/127			3x25		6/0,23	Y/Yн
	40x4	380/220			3x50		6/0,4	Yн			1,25
	40x4	380/220			3x25		6/0,4	Yн			1,25
	40x4	380/220			3x25		6/0,4	Yн			1,25
	40x4	380/220			3x25		6/0,4	Yн
	30x5	380/220			3x10		6/0,4	Yн
	20x4	380/220			3x2,5		6/0,4	Yн
	60х5	380/220			3x100		6/0,4	Yн			1,25
	50х5	380/220			3x50		6/0,4	Yн			1,25
	30x4	380/220			3x6		6/0,4	Yн
	30x5	380/220			3x10		6/0,4	Yн

1 Определяем наименьшие допустимые значения токов двигателей 1 и 2:

I_1д = К I_1ном= 3* 125= 375 А;

I_2д = К I_2ном= 3*80 = 240 А.

2 Находим полное сопротивление трансформатора из таблицы А.4 приложения А:

Z_т= 0,056 Ом.

3 Определяем на участке l₁ = 200 м = 0,2 км активное R_1ф и индуктивное Х_1ф сопротивления фазного провода, активное R_1нз и индуктивное Х_1нз сопротивления нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление Х_1п петли фаза-нуль:

(10)

R_1ф= 0,018 0,144 Ом,

где = 0,018 Ом*мм²/м – удельное сопротивление медного провода,

S₁ = 25 мм² – сечение фазного провода.

Принимаем для фазного медного провода Х_1ф=0 по рекомендации [22].

Находим ожидаемую плотность тока в нулевом защитном проводе – стальной полосе сечением:

S₂ = 40х4 = 160мм²; j₁= А/мм².

По таблице А.5 приложения для j₁=2 А/мм² и S₂= 40х4 = 160 мм² находим:

r₁ = 1,54 Ом/км – активное сопротивление 1 км стального провода,

Х₁ = 0,92 Ом/км внутреннее индуктивное сопротивление 1 км стального провода.

(11)

Далее находим R_1нз и Х_1нз для l₁ = 200 м = 0,2 км:

(12)

R_1нз = r₁ l₁ = 1,54х0,2 = 0,308 Ом;

Х_1нз = Х₁ l₁ = 0,92х0,2 = 0,184 Ом.

Определяем Х_1п для l₁ = 200 м = 0,2 км: Х_1п= x_1п l₁ = 0,6 х 0,2 =0,12 Ом.

Х_1п = 0,6 Ом/км – внешнее индуктивное сопротивление 1 км петли фаза-нуль, величина которого принята по рекомендации [22].

4 Определяем на всей длине линии l₁₂= l₁ + l₂ = 200 + 50 = 250м = 0,25 км активное R_12ф и индуктивное Х_12ф сопротивления фазного провода, активное R_12ф и индуктивное Х_12ф сопротивления нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление Х_12п петли фаза-нуль:

(13)

R_12ф= Ом.

Аналогично предыдущему принимаем: Х_12ф= 0.

Ожидаемая плотность тока в нулевом защитном проводе:

(14)

j₁₂= А/мм².

По таблице А.5 для j₁₂= 1,5 А/мм² и S₂ = 40х4 = 160 мм² находим:

r₁₂ = 1,81 Ом/км;

х₁₂ = 1,09 Ом/км.

(15)

Далее находим R_12нз и Х_12нз для l₁₂ = 250м = 0,25км.

(16)

R_12нз = r₁₂ l₁₂ = 1,81х0,25 = 0,452 Ом.

Х_12нз = х₁₂ l₁₂ = 1,09х0,25 = 0,272 Ом.

(17)

Определяем Х_12п для l₁₂ = 0,25 км:

(18)

Х_12п = х_1п l₁₂ = 0,6х0,25 = 0,15 Ом,

где х_1п = 0,6 Ом/км принято по рекомендации [22] как и в предыдущем случае.

5 Находим действительные значения токов однофазного короткого замыкания, проходящих по петле фаза-нуль по формуле [22]:

для следующих случаев:

а) при замыкании фазы на корпус двигателя 1 (рисунок 2):

;

б)при замыкании фазы на корпус двигателя 2:

Поскольку действительные значения токов однофазного коронного замыкания I_1к =390 А и I_2к =282 А превышают соответствующие наименьшие допустимые по условиям срабатывания защиты токи I_1Д = 375 А и I_2Д = 240 А, нулевой защищенный провод выбран правильно, т.е. отключающая способность системы зануления обеспечена.